WO2021116571A1 - Protocole de relayage dans un réseau de télécommunications cellulaire - Google Patents

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WO2021116571A1
WO2021116571A1 PCT/FR2020/052275 FR2020052275W WO2021116571A1 WO 2021116571 A1 WO2021116571 A1 WO 2021116571A1 FR 2020052275 W FR2020052275 W FR 2020052275W WO 2021116571 A1 WO2021116571 A1 WO 2021116571A1
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WO
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request
base station
relay
mtd
data
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PCT/FR2020/052275
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English (en)
Inventor
Nadège VARSIER
Quentin Lampin
Original Assignee
Orange
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/155—Ground-based stations
    • H04B7/15528—Control of operation parameters of a relay station to exploit the physical medium
    • H04B7/15542—Selecting at relay station its transmit and receive resources
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W74/00—Wireless channel access
    • H04W74/08—Non-scheduled access, e.g. ALOHA
    • H04W74/0833—Random access procedures, e.g. with 4-step access
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W88/00—Devices specially adapted for wireless communication networks, e.g. terminals, base stations or access point devices
    • H04W88/02—Terminal devices
    • H04W88/04—Terminal devices adapted for relaying to or from another terminal or user

Definitions

  • the invention relates to the general field of telecommunications networks, and more precisely to that of data relaying in a cellular telecommunications network. It applies in a privileged but nonlimiting manner in the context of D2D networks (in English Device-To-Device).
  • a relay device hereinafter sometimes simply called a relay, relays the data between the connected object and the base station, either in the upstream direction (data sent by the object connected to the base station) , either in the downstream direction (data sent by the base station to the connected object), or in both directions.
  • This relay device is typically a user device of smartphone type close to the connected object and less energy constrained than the connected object.
  • the first configuration is where the relays would be specifically deployed by the mobile network operator. These relays can be installed in strategic locations where coverage is insufficient or unfavorable propagation conditions.
  • the mobile device will synchronize in time with the base station if it is in network coverage or directly with the relay if it is out of network coverage;
  • the invention is more particularly in the phase of discovery and choice of the relay.
  • This figure shows a connected object MTD, three devices UE1, UE2, UE3 candidates for the role of relay and a base station BS in a scenario comprising:
  • step A1 the sending (step A1) of an RR request for a relay (Request for a Relay) by the connected object MTD, in the context of the use of relay discovery mode B;
  • T1 a first step (T1) in which two devices UE1 and UE3 respond to the RR request, by sending an RRR response, generating a first collision;
  • T2 a second step (T2) in which two devices UE2 and UE3 respond to the RR request, generating a second collision
  • step A3 in which only the device UE1 responds to the request RR, this device UE1 being finally retained to relay (step A2) the data between the device MTD and the base station BS at the end of this process of restraint.
  • the invention relates to a relay mechanism which does not have the drawbacks presented above.
  • the invention relates to an application process implemented by a device wishing to be a candidate to relay data between an object and a base station in a cellular network, the object and the device being synchronized and connected to the base station.
  • This process includes:
  • the invention relates to a device wishing to be a candidate for relaying data between an object and a base station in a cellular network, the object and the device being synchronized and connected to the base station.
  • This device includes:
  • the invention relates to a selection method implemented by a base station to select a candidate device for relaying data between an object and said base station in a cellular network, the object and the device being synchronized and connected to said base station.
  • This process includes:
  • the invention relates to a base station configured to select a candidate device for relaying data between an object and the base station in a cellular network, the object and said device being synchronized and connected to the base station.
  • This base station features:
  • - a module for receiving, from at least one device, a request sent by this device, on a random access channel, for requesting resources from said network to relay said data, this request comprising an identifier of said object;
  • the invention proposes that the choice of the relay, among several candidate devices, to relay data between an object and the base station, in the upstream direction and / or in the downstream direction, either assigned to the cellular network base station before a connection is established.
  • This mechanism makes it possible to avoid collisions during the phase of discovery and selection of the relay. Contention between the potential relays is then carried out on the channel provided for this purpose (the PRACH channel - Physical Random Access Channel). The resolution of the contention is carried out by the base station, which makes it possible to avoid the problem of the hidden node or even duplicate connection requests and ensures more efficient management of radio resources.
  • the connected object within the meaning of the invention can be of any type. It may or may not be of the same type as the candidate / relay device (smart phone, tablet, etc.). It can also be made up of a lighter device (connected watch, connected bulb, etc.).
  • the expressions “connected object” and “device” are used to distinguish the relayed device and the relay device, but this vocabulary does not impose anything on the structure or on the type of this equipment.
  • a device makes resource requests on the random access channel for its own needs.
  • the invention here allows a device to make a request for resources for a third party (connected object), in other words as a proxy for this third party.
  • the invention allows the base station to refuse to allocate resources for such a request or to choose the relay device according to its own policy.
  • the random access channel is the PRACH channel (Physical Random Access Channel) defined by the standard (ref: 3GPP TS 36.211 "Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical channels and modulation »release 8).
  • PRACH Physical Random Access Channel
  • E-UTRA Evolved Universal Terrestrial Radio Access
  • the invention thus proposes to modify the operation of the discovery procedure, mode B, of relay carried by the physical channel PSDC (Physical Sidelink Discovery Channel) and to extend the RACH to specify the identity of the connected object, otherwise said of the relayed object.
  • PSDC Physical Sidelink Discovery Channel
  • the invention provides an extended RACH preamble which may contain, in addition to the identifier making it possible to discriminate the relay device, an identifier allowing to discriminate the relayed device of the Random Access-Radio Network Temporary Identifier (RA-RNTI) type.
  • RA-RNTI Random Access-Radio Network Temporary Identifier
  • the request comprises a request for network resources to transmit data specific to the device.
  • This embodiment allows the device to request, in the same request, resources for its own needs and resources to relay the message of a third party.
  • the mode B relay discovery procedure carried by the physical channel PSDC Physical Sidelink Discovery Channel
  • PSDC Physical Sidelink Discovery Channel
  • the connected object (or more generally the device wishing to be relayed) transmits a message containing an identifier, for example the Remote User ID.
  • an identifier for example the Remote User ID.
  • the relay records the identifier and generates a preamble PRACH containing a cyclic prefix and a Zadoff-Chu sequence.
  • This RACH preamble may contain:
  • RA-RNRTI Radio Network Access Relay Temporary Identifier
  • the base station can transmit an extended 'PRACH Response' containing the identifiers RA-RNTI and RA-RNRTI as well as any resources allocated for relaying.
  • the response sent by the base station to said device includes the identifier concerned by the response (namely that RA-RNTI of the relayed connected object or that RA-RNRTI of the relaying device) .
  • the device is thus able to determine whether the response from the base station concerns the resources requested to relay the data of the connected object or the resources requested for the specific needs of the device.
  • the response sent by the base station to said device includes a response regarding the allocation of the resources requested to relay the data of the connected object and a response regarding the allocation of resources. for said device specific data.
  • the identifier of the object is a temporary or permanent identifier, possibly a random number drawn by the object.
  • This identifier is for example of the IMEI (International Mobile Equipment Identity), TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) or RA-RNTI (Random Access Radio Network Temporary Identifier) type.
  • the identifier of the object is not specified explicitly in the request but it is encoded in said request, for example by a combination of a time interval and a frequency.
  • the methods are implemented by computer programs.
  • the invention also relates to a computer program on a recording medium, this program being capable of being implemented in a device or more generally in a computer.
  • This program includes instructions adapted to the implementation of an application process as described above.
  • the invention also relates to a computer program on a recording medium, this program being capable of being implemented in a base station or more generally in a computer.
  • This program includes instructions adapted to the implementation of a selection method as described above.
  • Each of these programs can use any programming language, and be in the form of source code, object code, or code intermediate between source code and object code, such as in a partially compiled form, or in any code. what other desirable shape.
  • the invention also relates to an information medium or a recording medium readable by a computer, and comprising instructions of a computer program as mentioned above.
  • the information or recording media can be any entity or device capable of storing the programs.
  • the media can comprise a storage means, such as a ROM, for example a CD ROM or a microelectronic circuit ROM, or else a magnetic recording means, for example a floppy disk or a disk. hard, or flash memory.
  • the information or recording media can be transmissible media such as an electrical or optical signal, which can be routed via an electrical or optical cable, by radio link, by wireless optical link or by other ways.
  • the programs according to the invention can in particular be downloaded from an Internet type network.
  • each information or recording medium can be an integrated circuit in which a program is incorporated, the circuit being adapted to execute or to be used in the execution of one of the methods in accordance with the invention.
  • FIG. 1 already described, illustrates a relaying mechanism of the current state of the art
  • FIG. 2 represents a device and a base station conforming to a particular embodiment of the invention in their environment
  • FIG. 3 illustrates a random access mechanism in accordance with the current state of the art
  • FIG. 4 represents an application process and a selection process in accordance with a particular embodiment of the invention
  • FIG. 5 represents an application process and a selection process in accordance with another particular embodiment of the invention.
  • FIG. 6A represents the functional architecture of a device in accordance with a particular embodiment of the invention.
  • FIG. 6B represents the functional architecture of a base station in accordance with a particular embodiment of the invention.
  • FIG. 7A represents the hardware architecture of a device in accordance with a particular embodiment of the invention.
  • FIG. 7B represents the hardware architecture of a base station in accordance with a particular embodiment of the invention.
  • FIG. 2 represents a connected object MTD, two devices UE1, UE2 and a base station gNB in a cellular network NET, the devices UE1, UE2 and the base station gNB being in accordance with embodiments of the invention.
  • the invention is thus described in the example of 5G. It applies in the same way in a 4G network, the base stations being of the eNB type.
  • a terminal T (generic name chosen to designate the device UE1, UE2 or the connected object MTD) wishes to transmit data on the network, it sends a request on a random access channel PRACH to request resources from the network. These resources are managed by the gNB base station.
  • the terminal randomly chooses a preamble from a set of available preambles reserved for a contention process and it transmits its request (step B1) in a short message in the first time interval ( in English slot) available from random access. This short message is sent cyclically. These requests are listened to and received by the base station gNB which decides whether or not to allocate the requested resources. It responds (step B2) to this PRACH request with a RAR (Random Access Response) message, this message indicating whether the requested resources have been allocated or refused.
  • RAR Random Access Response
  • this response message also includes a time alignment TA which allows the terminal to synchronize.
  • the terminal adjusts its transmission time on the received TA and transmits (step B3) a Radio Resource Control (RRC) message in the PUSCH (Physical Uplink Shared Channel) uplink channel.
  • RRC Radio Resource Control
  • the base station gNB correctly decodes the message sent in step B3, it transmits (step B4) the contention resolution to the terminal T.
  • the terminal T has not correctly received the RAR response or the resolution contention in a fixed time window, it starts the random access procedure again at step B1.
  • FIG. 4 illustrates an application method and a selection method in accordance with a first particular embodiment of the invention.
  • each of the devices UE1 and UE2 stores this message while waiting to know whether its application will be accepted or not by the base station.
  • each of the devices UE1, UE2 sends a request on the random access channel PRACH to request resources from the network to relay this message.
  • This request comprising an identifier ID_MTD of the connected object, for example its identifier IMEI, TMSI or RA-RNTI.
  • the base station gNB selects a single device to relay the message from the connected object MTD.
  • the base station gNB allocates resources in the network to allow the device UE1 to relay the message from the connected object.
  • it sends a positive RAR (Random Access Response) response comprising the resources allocated to the device UE1 and a negative response to the device UE2.
  • RAR response is identical to the RAR response of the state of the art described above with reference to step B2 in FIG. 3.
  • step B1 only step B1 is modified, the modification consisting in modifying the preamble PRACH to contain an identifier of the relayed MTD connected object.
  • the devices UE1, UE2 receive this response during a step F20.
  • the device UE1 understands that it is retained to relay the message from the connected object MTD and the device UE2 understands that its request is rejected.
  • the random access mechanism continues as described previously with reference to steps B3 and B4 in FIG. 3.
  • FIG. 5 illustrates an application method and a selection method in accordance with a second particular embodiment of the invention.
  • the device UE1 wishes to be a candidate to relay a message from the connected object MTD and that this device UE1 also wishes to request resources for these specific data.
  • the device UE1 sends a single request on the random access channel PRACH to request (i) resources from the network to relay the message of the connected object and (ii) resources to transmit. its own data.
  • this request comprising an identifier ID_MTD of the connected object, for example its IMEI, TMSI or RA-RNTI identifier.
  • This request is received by the base station gNB during a step F10.
  • the base station gNB decides whether or not to select the device UE1 to relay the message from the connected object MTD. If this is the case, the base station gNB allocates (step F30) resources in the network to allow the device UE1 to relay the message from the connected object.
  • the base station gNB decides whether or not to allocate resources for the specific needs of the device UE1. If this is the case, the base station gNB allocates (step F30) resources for the own data of the device UE1.
  • the base station responds (F40) to the device UE1 on the two allocation requests.
  • This response can be done in a single RAR message or, as shown in FIG. 5, in two RAR messages.
  • the RAR response to the resource allocation request for relaying the data of the connected object MTD comprises the identifier ID_MTD of this object.
  • FIG. 6A functionally represents a device UE wishing to be a candidate for relaying data between an object and a base station in a cellular network, this device conforming to a particular embodiment of the invention. It comprises :
  • a ME10 module configured to send a request, on a random access channel, to request resources from a network to relay data between an object and a base station, this request comprising an identifier of this object;
  • a module ME20 for receiving a response to this request from the base station
  • Figure 6B functionally shows a gNB base station configured to select a candidate device for relaying data between an object and that base station in a cellular network, the object and the device being synchronized and connected to that station. based. It involves :
  • an MF10 module for receiving, coming from at least one device of a request sent by this device, on a random access channel), to request resources from said network to relay said data, this request comprising an identifier of the 'object;
  • a module MF20 for selecting a single device (UE1) from among said candidate devices;
  • a module MF30 for allocating said resources in said network and for sending a positive response to said selected device
  • an MF40 module for sending a negative response to said unselected candidate devices.
  • FIG. 7A represents the hardware architecture of a device UE according to the invention.
  • this device UE has the hardware architecture of a computer. It comprises in particular a processor 20, a random access memory 21, a read only memory 22, a non-volatile flash memory 23 and communication means 24. Such means are known per se and are not described in more detail here.
  • Read-only memory 22 constitutes a recording medium in accordance with the invention, readable by processor 20 and on which is recorded here a ProgUE computer program in accordance with the invention, this program comprising in particular instructions allowing in particular, when they are executed by processor 20:
  • FIG. 7B represents the hardware architecture of a gNB base station according to the invention.
  • this gNB base station has the hardware architecture of a computer. It comprises in particular a processor 10, a random access memory 11, a read only memory 12, a non-volatile flash memory 13 and communication means 14. Such means are known per se and are not described in more detail here.
  • Read-only memory 12 constitutes a recording medium in accordance with the invention, readable by processor 10 and on which is recorded here a ProggNB computer program in accordance with the invention, this program comprising in particular instructions allowing in particular, when they are executed by the processor 20: - to receive, from at least one device, a request sent by this device, on a random access channel, to request resources from said network to relay said data, this request comprising an identifier of the object;

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

L'invention concerne en particulier un procédé de candidature mis en œuvre par un dispositif (UE) désirant se porter candidat pour relayer des données entre un objet (MTD) et une station de base (gNB) dans un réseau cellulaire, l'objet et ledit dispositif (UE) étant synchronisés et connectés auprès de la station de base. Le dispositif (UE) émet (E10) une requête, sur un canal à accès aléatoire (PRACH), pour demander des ressources du réseau pour relayer lesdites données, ladite requête comportant un identifiant (ID_MTD) dudit objet. Si la station de base sélectionne un dispositif (UE1) parmi les dispositifs candidats, elle alloue des ressources dans le réseau pour ce dispositif et envoie une réponse positive au dispositif sélectionné.

Description

Description
Protocole de relayage dans un réseau de télécommunications cellulaire
Technique antérieure
L'invention se rapporte au domaine général des réseaux de télécommunications, et plus précisément à celui du relayage de données dans un réseau de télécommunications cellulaire. Elle s'applique de façon privilégiée mais non limitative dans le contexte des réseaux D2D (en anglais Device- To-Device).
Dans le contexte actuel de croissance continue du nombre d'objets connectés, on a assisté à l'émergence de réseaux de télécommunications cellulaires particulièrement adaptés à ces objets connectés. Ces réseaux cellulaires sont parfois désignés par le nom de Cellular IoT (Internet of Things). Les réseaux LTE-M (Long Term Evolution for Machines) et NB-IoT (Narrowband IoT) développé par le 3GPP (Third Génération Partnership Project font notamment partie intégrante du processus de standardisation nouvelle radio (NR) 5G ; ils ont la capacité de répondre aux besoins spécifiques de connectivité de ces objets : ils supportent un nombre très important d'objets, répondent à des contraintes de coût et de consommation d'énergie, prévoient l'envoi sporadique de petits paquets de données ...
Lorsqu'un objet connecté se trouve trop éloigné de la station de base, ou lorsqu'il est séparé de la station de base par des obstacles notamment, les conditions de connexion directe de cet objet à la station de base peuvent être difficiles, voire impossibles.
Pour répondre à ce problème, des solutions de relayage ont été envisagées. Dans une telle configuration, un dispositif relais, ci-après parfois simplement appelé relais, relaie les données entre l'objet connecté et la station de base, soit dans le sens montant (données envoyées par l'objet connecté à la station de base), soit dans le sens descendant (données envoyées par la station de base à l'objet connecté), soit dans les deux sens.
Ce dispositif relais est typiquement un dispositif utilisateur de type smartphone à proximité de l'objet connecté et moins contraint en énergie que l'objet connecté.
Deux types de configurations existent lorsqu'il s'agit de relayage D2D. La première configuration est celle où les relais seraient spécifiquement déployés par l'opérateur de réseau mobile. Ces relais peuvent être installés dans des endroits stratégiques où la couverture est insuffisante ou bien les conditions de propagation défavorables.
La présente invention s'applique dans ces deux configurations. Dans une communication D2D LTE, telle que décrite dans le standard 3GPP, on peut distinguer 3 phases:
- une phase de synchronisation et d'établissement de la connexion, où le dispositif mobile va se synchroniser en temps avec la station de base si il est en couverture réseau ou bien directement avec le relais si il est hors couverture réseau ;
- une phase de découverte et de choix du relais ;
- une phase de transmission des données au relais.
L'invention se situe plus particulièrement dans la phase de découverte et de choix du relais.
Dans l'état actuel de la technique, deux modes de découverte du relais sont standardisés pour la technologie LTE :
- le mode A «I'm here» dans lequel les relais candidats se manifestent pour indiquer leur présence et qu'ils sont en mesure de relayer un message, et
- le mode B « who is there ? » dans lequel le dispositif cherchant un relais se manifeste et envoie un message pour demander s'il existe un relais potentiel à proximité.
Pour plus de renseignements sur ces deux modes, l'homme du métier peut se reporter au document "Proximity-Based Services (ProSe) (Release 14)," Third Génération Partnership Project (3GPP),Tech. Rep. TS 23.303, Dec. 2016 ».
Dans chacun de ces deux modes, et comme représenté à la figure 1, plusieurs dispositifs relais potentiels (ou candidats) pour répondre à une demande de relayage sont susceptibles d'entrer en compétition.
Sur cette figure, on a représenté un objet connecté MTD, trois dispositifs UEl, UE2, UE3 candidats au rôle de relais et une station de base BS dans un scénario comportant:
- l'envoi (étape Al) d'une requête RR de demande de relais (Request for a Relay) par l'objet connecté MTD, dans le cadre de l'utilisation du mode B de découverte de relais;
- une première étape (Tl) dans lequel deux dispositifs UEl et UE3 répondent à la requête RR, par l'envoi d'une réponse RRR, générant une première collision ;
- une deuxième étape (T2) dans lequel deux dispositifs UE2 et UE3 répondent à la requête RR, générant une deuxième collision ; et
- une troisième étape (T3) dans lequel seul le dispositif UEl répond à la requête RR, ce dispositif UEl étant finalement retenu pour relayer (étape A2) les données entre le dispositif MTD et la station de base BS à l'issue de ce processus de contention.
Ce mécanisme présente plusieurs inconvénients : il engendre des collisions, et le dispositif relais UEl finalement retenu n'est pas nécessairement le meilleur candidat du point de vue de la gestion des ressources du réseau cellulaire. Exposé de l'invention
L'invention vise un mécanisme de relayage qui ne présente pas les inconvénients présentés ci- dessus.
Ainsi selon un premier aspect, l'invention concerne un procédé de candidature mis en oeuvre par un dispositif désirant se porter candidat pour relayer des données entre un objet et une station de base dans un réseau cellulaire, l'objet et le dispositif étant synchronisés et connectés auprès de la station de base.
Ce procédé comporte :
- une étape d'émission d'une requête, sur un canal à accès aléatoire, pour demander des ressources du réseau pour relayer ces données, cette requête comportant un identifiant de l'objet ;
- une étape de réception d'une réponse à ladite requête en provenance de la station de base ;
- la candidature dudit dispositif étant retenue ou rejetée en fonction de ladite réponse.
Corrélativement, l'invention concerne un dispositif désirant se porter candidat pour relayer des données entre un objet et une station de base dans un réseau cellulaire, l'objet et le dispositif étant synchronisés et connectés auprès de la station de base. Ce dispositif comporte :
- un module d'émission d'une requête, sur un canal à accès aléatoire, pour demander des ressources du réseau pour relayer ces données, cette requête comportant un identifiant de l'objet ;
- un module de réception d'une réponse à ladite requête en provenance de la station de base ;
- la candidature dudit dispositif étant retenue ou rejetée en fonction de ladite réponse.
Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un procédé de sélection mis en oeuvre par une station de base pour sélectionner un dispositif candidat pour relayer des données entre un objet et ladite station de base dans un réseau cellulaire, l'objet et le dispositif étant synchronisés et connectés auprès de ladite station de base. Ce procédé comporte :
- une étape de réception, en provenance d'au moins un dispositif d'une requête émise par ce dispositif, sur un canal à accès aléatoire, pour demander des ressources dudit réseau pour relayer lesdites données, ladite requête comportant un identifiant de cet objet ;
- une étape de sélection d'un unique dispositif parmi lesdits dispositifs candidats ;
- une étape d'allocation de ressources dans le réseau et d'envoi d'une réponse positive au dispositif sélectionné ; et
- une étape d'envoi d'une réponse négative aux dispositifs candidats non sélectionnés.
Corrélativement, l'invention concerne une station de base configurée pour sélectionner un dispositif candidat pour relayer des données entre un objet et la station de base dans un réseau cellulaire, l'objet et ledit dispositif étant synchronisés et connectés auprès de la station de base. Cette station de base comporte :
- un module de réception, en provenance d'au moins un dispositif, d'une requête émise par ce dispositif, sur un canal à accès aléatoire, pour demander des ressources dudit réseau pour relayer lesdites données, cette requête comportant un identifiant dudit objet ;
- un module de sélection d'un unique dispositif parmi les dispositifs candidats ;
- un module d'allocation des ressources dans ledit réseau et d'envoi d'une réponse positive au dispositif sélectionné ; et
- un module d'envoi d'une réponse négative aux dispositifs candidats non sélectionnés.
Ainsi, et d'une façon générale, l'invention propose que le choix du relais, parmi plusieurs dispositifs candidats, pour relayer des données entre un objet et la station de base, dans le sens montant et/ou dans le sens descendant, soit confié à la station de base du réseau cellulaire avant l'établissement d'une connexion..
Ce mécanisme permet d'éviter les collisions pendant la phase de découverte et de sélection du relais. La contention entre les relais potentiels est alors réalisée sur le canal prévu à cet effet (le canal PRACH - Physical Random Access Channel). La résolution de la contention est réalisée par la station de base, ce qui permet d'éviter le problème du nœud caché ou encore les doublons de demande de connexion et assure une gestion des ressources radio plus efficace.
L'objet connecté au sens de l'invention peut être d'un type quelconque. Il peut être ou non du même type que le dispositif candidat/ relais (téléphone intelligent, tablette, ...). Il peut aussi être constitué par un dispositif plus léger (montre connectée, ampoule connectée,...). Dans le présent document on utilise les expressions « objet connecté » et « dispositif » pour distinguer le dispositif relayé et le dispositif relais mais ce vocabulaire n'impose rien sur la structure ou sur le type de ces équipements.
Dans l'état actuel de la technique, un dispositif effectue des demandes de ressources sur le canal à accès aléatoire pour ses besoins propres. L'invention autorise ici un dispositif à faire une demande de ressources pour un tiers (objet connecté), autrement dit en tant que mandataire pour ce tiers.
L'invention permet à la station de base de refuser d'allouer des ressources pour une telle demande ou de choisir le dispositif relais selon sa propre politique.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le canal à accès aléatoire est le canal PRACH (Physical Random Access Channel) défini par la norme (ref : 3GPP TS 36.211 « Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical channels and modulation » release 8).
L'invention propose ainsi de modifier le fonctionnement de la procédure de découverte, mode B, de relais porté par le canal physique PSDC (Physical Sidelink Discovery Channel) et d'étendre le RACH pour spécifier l'identité de l'objet connecté, autrement dit de l'objet relayé.
Dans un mode de réalisation, l'invention propose un préambule RACH étendu qui peut contenir, en supplément de l'identifiant permettant de discriminer le dispositif relais, un identifiant permettant de discriminer le dispositif relayé du type Random Access-Radio Network Temporary Identifier (RA- RNTI).
Dans une variante de l'invention, la requête comporte une demande de ressources du réseau pour transmettre des données propres au dispositif.
Ce mode de réalisation permet au dispositif de demander dans la même requête des ressources pour ses besoins propres et des ressources pour relayer le message d'un tiers.
Par exemple dans un mode de réalisation de l'invention, la procédure de découverte mode B de relai porté par le canal physique PSDC (Physical Sidelink Discovery Channel) peut être modifiée comme suit :
- l'objet connecté (ou plus généralement le dispositif souhaitant être relayé) transmet un message contenant un identifiant, par exemple le Remote User ID.
- le relai enregistre l'identifiant et génère un préambule PRACH contenant un préfixe cyclique et une séquence de Zadoff-Chu.
Ce préambule RACH peut contenir :
- un identifiant RA-RNRTI (Radio Network Access Relay Temporary Identifier) discriminant le relai ayant émis le message des autres émetteurs ; et
- un identifiant RA-RNTI qui discrimine le dispositif relayé.
La station de base peut transmettre une réponse 'PRACH Response' étendue contenant les identifiants RA-RNTI et le RA-RNRTI ainsi que les ressources éventuellement allouées pour le relayage.
Dans un premier mode de réalisation de cette variante, la réponse envoyée par la station de base audit dispositif comporte l'identifiant concerné par la réponse (à savoir celui RA-RNTI de l'objet connecté relayé ou celui RA-RNRTI du dispositif relayeur). Le dispositif est ainsi en mesure de déterminer si la réponse de la station de base concerne les ressources demandées pour relayer les données de l'objet connecté ou les ressources demandées pour les besoins propres du dispositif.
Dans un deuxième mode de réalisation de cette variante, la réponse envoyée par la station de base audit dispositif comporte une réponse quant à l'allocation des ressources demandées pour relayer les données de l'objet connecté et une réponse quant à l'allocation des ressources pour lesdites données propres du dispositif.
Dans un mode de réalisation de l'invention, l'identifiant de l'objet est un identifiant temporaire ou permanent, éventuellement un nombre aléatoire tiré par l'objet. Cet identifiant est par exemple de type IMEI (International Mobile Equipment Identity), TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) ou RA-RNTI (Random Access Radio Network Temporary Identifier).
Dans un mode de réalisation de l’invention, l’identifiant de l’objet n’est pas renseigné explicitement dans la requête mais il est encodé dans ladite requête, par exemple par une combinaison d’un intervalle de temps et d’une fréquence. Dans un mode particulier de réalisation, les procédés sont mis en oeuvre par des programmes d'ordinateur.
Par conséquent, l'invention vise également un programme d'ordinateur sur un support d'enregistrement, ce programme étant susceptible d'être mis en oeuvre dans un dispositif ou plus généralement dans un ordinateur. Ce programme comporte des instructions adaptées à la mise en oeuvre d'un procédé de candidature tel que décrit ci-dessus.
L'invention vise également un programme d'ordinateur sur un support d'enregistrement, ce programme étant susceptible d'être mis en oeuvre dans une station de base ou plus généralement dans ordinateur. Ce programme comporte des instructions adaptées à la mise en oeuvre d'un procédé de sélection tel que décrit ci-dessus.
Chacun de ces programmes peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable.
L'invention vise aussi un support d'information ou un support d'enregistrement lisibles par un ordinateur, et comportant des instructions d'un programme d'ordinateur tel que mentionné ci-dessus.
Les supports d'information ou d'enregistrement peuvent être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker les programmes. Par exemple, les supports peuvent comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une disquette (floppy dise) ou un disque dur, ou une mémoire flash.
D'autre part, les supports d'information ou d'enregistrement peuvent être des supports transmissibles tels qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par lien radio, par lien optique sans fil ou par d'autres moyens.
Les programmes selon l'invention peuvent être en particulier téléchargés sur un réseau de type Internet.
Alternativement, chaque support d'informations ou d'enregistrement peut être un circuit intégré dans lequel un programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution de l'un des procédés conformes à l'invention.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures :
- la figure 1 déjà décrite illustre un mécanisme de relayage de l'état actuel de la technique ; - la figure 2 représente un dispositif et une station de base conformes à un mode particulier de réalisation de l'invention dans leur environnement ;
- la figure 3 illustre un mécanisme d'accès aléatoire conforme à l'état actuel de la technique ;
- la figure 4 représente un procédé de candidature et un procédé de sélection conforme à un mode particulier de réalisation de l'invention ;
- la figure 5 représente un procédé de candidature et un procédé de sélection conforme à un autre mode particulier de réalisation de l'invention ;
- la figure 6A représente l'architecture fonctionnelle d'un dispositif conforme à un mode particulier de réalisation de l'invention ;
- la figure 6B représente l'architecture fonctionnelle d'une station de base conforme à un mode particulier de réalisation de l'invention ;
- la figure 7A représente l'architecture matérielle d'un dispositif conforme à un mode particulier de réalisation de l'invention ; et
- la figure 7B représente l'architecture matérielle d'une station de base conforme à un mode particulier de réalisation de l'invention.
Description des modes de réalisation
La figure 2 représente un objet connecté MTD, deux dispositifs UE1, UE2 et une station de base gNB dans un réseau cellulaire NET, les dispositifs UE1, UE2 et la station de base gNB étant conformes à des modes de réalisation de l'invention. L'invention est décrite ainsi dans l'exemple de la 5G. Elle s'applique de la même façon dans un réseau 4G, les stations de base étant de type eNB.
On suppose que les dispositifs UEl, UE2 et que l'objet connecté MTD sont synchronisés et connectés auprès de la station de base gNB.
On rappelle maintenant, en référence à la figure 3, le mécanisme d'accès aléatoire mis en oeuvre conformément à l'état actuel de la technique, dans un tel réseau.
De façon connue dans un tel réseau, lorsqu'un terminal T (nom générique choisi pour désigner le dispositif UEl, UE2 ou l'objet connecté MTD) souhaite transmettre des données sur le réseau, il émet une requête sur un canal à accès aléatoire PRACH pour demander des ressources au réseau. Ces ressources sont gérées par la station de base gNB.
Plus précisément, et comme décrit dans le document TS 36.211, le terminal choisit aléatoirement un préambule parmi un ensemble de préambules disponibles réservés pour un processus de contention et il transmet sa requête (étape Bl) dans un message court dans le premier intervalle de temps (en anglais slot) disponible de l'accès aléatoire. L'envoi de ce message court se fait de façon cyclique. Ces requêtes sont écoutées et reçues par la station de base gNB qui décide d'allouer ou non les ressources demandées. Elle répond (étape B2) à cette requête PRACH par un message RAR (Random Access Response), ce message indiquant si les ressources demandées ont été allouées ou refusées.
De façon connue par l'homme du métier, ce message de réponse comporte également un alignement en temps TA qui permet au terminal de se synchroniser. Le terminal ajuste son temps de transmission sur le TA reçu et transmet (étape B3) un message Radio Ressource Control (RRC) dans le canal montant PUSCH (Physical Uplink Shared Channel). Si la station de base gNB décode correctement le message envoyé à l'étape B3, elle transmet (étape B4) la résolution de contention au terminal T. Dans le cas où le terminal T n'a pas reçu correctement la réponse RAR ou la résolution de contention dans une fenêtre de temps fixée, il recommence la procédure d'accès aléatoire à l'étape Bl.
La figure 4 illustre un procédé de candidature et un procédé de sélection conformes à un premier mode particulier de réalisation de l'invention.
On suppose que les dispositifs UE1, UE2 et que l'objet connecté MTD sont connectés et synchronisés avec la station de base gNB.
On suppose dans cet exemple que les dispositifs UE1 et UE2 ont reçu une requête RR de demande de relais (Request for Relay) diffusée par l'objet connecté, pour relayer un message de cet objet destiné à la station de base.
On suppose dans cet exemple que le dispositif UE1 et que le dispositif UE2 souhaitent chacun se porter candidat pour relayer un message de l'objet connecté MTD.
Dans l'exemple de réalisation décrit ici, si l'objet connecté diffuse le message à relayer en même temps que la demande de relais, chacun des dispositifs UEl et UE2 mémorise ce message en attendant de savoir si sa candidature sera retenue ou non par la station de base.
Conformément à l'invention, au cours d'une étape E10, chacun des dispositifs UEl, UE2 émet une requête sur le canal à accès aléatoire PRACH pour demander des ressources au réseau pour relayer ce message. Cette requête comportant un identifiant ID_MTD de l'objet connecté, par exemple son identifiant IMEI, TMSI ou RA-RNTI.
Ces requêtes sont reçues par la station de base gNB au cours d'une étape F10.
Au cours d'une étape F20, la station de base gNB sélectionne un unique dispositif pour relayer le message de l'objet connecté MTD.
Dans l'exemple de réalisation décrit ici, elle sélectionne le premier candidat, à savoir le dispositif
UEl.
Au cours d'une étape E30 connue de l'homme du métier, la station de base gNB alloue des ressources dans le réseau pour permettre au dispositif UE1 de relayer le message de l'objet connecté. Au cours d'une étape E40, elle envoie une réponse RAR (Random Access Response) positive comportant les ressources allouées au dispositif UE1 et une réponse négative au dispositif UE2. Cette réponse RAR est identique à la réponse RAR de l'état de la technique décrite précédemment en référence à l'étape B2 de la figure 3.
Par conséquent, dans ce premier mode de réalisation, seule l'étape B1 est modifiée, la modification consistant à modifier le préambule PRACH pour contenir un identifiant de l'objet connecté MTD relayé.
Les dispositifs UE1, UE2 reçoivent cette réponse au cours d'une étape F20. Le dispositif UEl comprend qu'il est retenu pour relayer le message de l'objet connecté MTD et le dispositif UE2 comprend que sa demande est rejetée.
Le mécanisme d'accès aléatoire se poursuit comme décrit précédemment en référence aux étapes B3 et B4 de la figure 3.
La figure 5 illustre un procédé de candidature et un procédé de sélection conformes à un deuxième mode particulier de réalisation de l'invention.
Dans ce mode de réalisation, on suppose que le dispositif UEl souhaite se porter candidat pour relayer un message de l'objet connecté MTD et que ce dispositif UEl souhaite également demander des ressources pour ces données propres.
Dans ce mode de réalisation de l'invention, le dispositif UEl émet une seule requête sur le canal à accès aléatoire PRACH pour demander (i) des ressources au réseau pour relayer le message de l'objet connecté et (ii) des ressources pour transmettre ses propres données. Conformément à l’invention cette requête comportant un identifiant ID_MTD de l'objet connecté, par exemple son identifiant IMEI, TMSI ou RA-RNTI.
Cette requête est reçue par la station de base gNB au cours d'une étape F10.
Au cours d'une étape F20, la station de base gNB décide de sélectionner ou non le dispositif UEl pour relayer le message de l'objet connecté MTD. Si c'est le cas, la station de base gNB alloue (étape F30) des ressources dans le réseau pour permettre au dispositif UEl de relayer le message de l'objet connecté.
Au cours de cette même F20, la station de base gNB décide d'allouer ou non des ressources pour les besoins propres du dispositif UEl. Si c'est le cas, la station de base gNB alloue (étape F30) des ressources pour les données propres du dispositif UEl.
Dans ce mode de réalisation de l'invention, la station de base répond (F40) au dispositif UEl sur les deux demandes d'allocation. Cette réponse peut se faire en un seul message RAR ou comme représenté sur la figure 5 en deux messages RAR.
Dans le mode de réalisation décrit ici, la réponse RAR à la demande d'allocation de ressources pour relayer les données de l'objet connecté MTD comporte l'identifiant ID_MTD de cet objet. La figure 6A représente de façon fonctionnelle un dispositif UE désirant se porter candidat pour relayer des données entre un objet et une station de base dans un réseau cellulaire, ce dispositif étant conforme à un mode particulier de réalisation de l'invention. Il comporte :
- un module ME10 configuré pour émettre une requête, sur un canal à accès aléatoire, pour demander des ressources d'un réseau pour relayer des données entre un objet et une station de base, cette requête comportant un identifiant de cet objet ;
- un module ME20 de réception d'une réponse à cette requête en provenance de la station de base;
- la candidature du dispositif étant retenue ou rejetée en fonction de ladite réponse.
La figure 6B représente de façon fonctionnelle une station de base gNB configurée pour sélectionner un dispositif candidat pour relayer des données entre un objet et cette station de base dans un réseau cellulaire, l'objet et le dispositif étant synchronisés et connectés auprès de cette station de base. Elle comporte :
- un module MF10 de réception, en provenance d'au moins un dispositif d'une requête émise par ce dispositif, sur un canal à accès aléatoire), pour demander des ressources dudit réseau pour relayer lesdites données, cette requête comportant un identifiant de l'objet ;
- un module MF20 de sélection d'un unique dispositif (UE1) parmi lesdits dispositifs candidats ;
- un module MF30 d'allocation desdites ressources dans ledit réseau et d'envoi d'une réponse positive audit dispositif sélectionné ; et
- un module MF40 d'envoi d'une réponse négative auxdits dispositifs candidats non sélectionnés.
La figure 7A représente l'architecture matérielle d'un dispositif UE conforme à l'invention. Dans le mode de réalisation décrit ici, ce dispositif UE a l'architecture matérielle d'un ordinateur. Il comprend notamment un processeur 20, une mémoire vive 21, une mémoire morte 22, une mémoire flash non volatile 23 et des moyens de communication 24. De tels moyens sont connus en soi et ne sont pas décrits plus en détail ici.
La mémoire morte 22 constitue un support d'enregistrement conforme à l'invention, lisible par le processeur 20 et sur lequel est enregistré ici un programme d'ordinateur ProgUE conforme à l'invention, ce programme comportant notamment des instructions permettant notamment, lorsqu'elles sont exécutées par le processeur 20 :
- de détecter une demande de relais ;
- d'émettre une requête, sur un canal à accès aléatoire, pour demander des ressources d'un réseau pour relayer des données entre un objet et une station de base, cette requête comportant un identifiant de cet objet ;
- de recevoir une réponse à cette requête en provenance de la station de base;
- de comprendre que la candidature du dispositif est retenue ou rejetée en fonction de cette réponse ;
- de mettre en oeuvre les étapes B3 et B4 de la procédure d'accès aléatoire décrite en référence à la figure 3. La figure 7B représente l'architecture matérielle d'une station de base gNB conforme à l'invention. Dans le mode de réalisation décrit ici, cette station de base gNB a l'architecture matérielle d'un ordinateur. Elle comprend notamment un processeur 10, une mémoire vive 11, une mémoire morte 12, une mémoire flash non volatile 13 et des moyens de communication 14. De tels moyens sont connus en soi et ne sont pas décrits plus en détail ici.
La mémoire morte 12 constitue un support d'enregistrement conforme à l'invention, lisible par le processeur 10 et sur lequel est enregistré ici un programme d'ordinateur ProggNB conforme à l'invention, ce programme comportant notamment des instructions permettant notamment, lorsqu'elles sont exécutées par le processeur 20 : - de recevoir, en provenance d'au moins un dispositif d'une requête émise par ce dispositif, sur un canal à accès aléatoire, pour demander des ressources dudit réseau pour relayer lesdites données, cette requête comportant un identifiant de l'objet ;
- de sélectionner un unique dispositif (UEl) parmi lesdits dispositifs candidats ;
- d'allouer des ressources dans ledit réseau et d'envoyer une réponse positive au dispositif sélectionné;
- d'envoyer une réponse négative aux dispositifs candidats non sélectionnés ;
- de mettre en oeuvre les étapes B3 et B4 de la procédure d'accès aléatoire décrite en référence à la figure 3.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de candidature mis en œuvre par un dispositif (UE) désirant se porter candidat pour relayer des données entre un objet (MTD) et une station de base (gNB) dans un réseau cellulaire, l'objet et ledit dispositif (UE) étant synchronisés et connectés auprès de la station de base, ce procédé comportant :
- une étape (E10) d'émission d'une requête, sur un canal à accès aléatoire (PRACH), pour demander des ressources dudit réseau pour relayer lesdites données, ladite requête comportant un identifiant (ID_MTD, RA_RNTI, etc.) dudit objet ;
- une étape (E20) de réception d'une réponse (RAR) à ladite requête en provenance de ladite station de base (gNB) ;
- la candidature dudit dispositif étant retenue ou rejetée en fonction de ladite réponse.
2. Procédé de candidature selon la revendication 1 dans lequel ledit canal à accès aléatoire est le canal PRACH (Physical Random Access Channel).
3. Procédé de candidature selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que ladite requête comporte une demande de ressources dudit réseau pour transmettre des données propres audit dispositif.
4. Procédé de candidature selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que ledit identifiant (ID_MTD) est un identifiant temporaire ou permanent, par exemple de type IMEI, TMSI, ou RA-RNTI.
5. Procédé de candidature selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ledit identifiant (ID_MTD) est encodé dans ladite requête par une combinaison d'un intervalle de temps et d'une fréquence.
6. Procédé de sélection mis en œuvre par une station de base (gNB) pour sélectionner un dispositif (UE) candidat pour relayer des données entre un objet (MTD) et ladite station de base (gNB) dans un réseau cellulaire, l'objet et ledit dispositif (UE) étant synchronisés et connectés auprès de ladite station de base (gNB), ce procédé comportant :
- une étape (F10) de réception, en provenance d'au moins un dispositif (UE1, UE2) d'une requête émise par ce dispositif, sur un canal à accès aléatoire (PRACH), pour demander des ressources dudit réseau pour relayer lesdites données, ladite requête comportant un identifiant (ID_MTD) dudit objet une étape (F20) de sélection d'un unique dispositif (UE1) parmi lesdits dispositifs candidats ; - une étape (F30) d'allocation desdites ressources dans ledit réseau et d'envoi d'une réponse positive audit dispositif sélectionné ; et
- une étape (F40) d'envoi d'une réponse négative auxdits dispositifs candidats non sélectionnés.
7. Procédé de sélection selon la revendication 6 dans lequel ladite réponse comporte en outre ledit identifiant (ID_MTD) de l'objet connecté.
8. Procédé de sélection selon la revendication 6 ou 7 dans lequel ladite requête reçue d'un dispositif comporte en outre une demande de ressources pour des données propres audit dispositif, la réponse envoyée audit dispositif comportant en outre une réponse quant à l'allocation des ressources pour les données propres dudit dispositif.
9. Dispositif (UE) désirant se porter candidat pour relayer des données entre un objet (MTD) et une station de base (gNB) dans un réseau cellulaire, l'objet et ledit dispositif (UE) étant synchronisés et connectés auprès de la station de base, ce dispositif comportant :
- un module (ME10) d'émission d'une requête, sur un canal à accès aléatoire (PRACH), pour demander des ressources dudit réseau pour relayer lesdites données, ladite requête comportant un identifiant (ID_MTD) dudit objet ;
- un module (ME20) de réception d'une réponse (RAR) à ladite requête en provenance de ladite station de base (gNB) ;
- la candidature dudit dispositif étant retenue ou rejetée en fonction de ladite réponse.
10. Station de base (gNB) configurée pour sélectionner un dispositif (UE) candidat pour relayer des données entre un objet (MTD) et ladite station de base (gNB) dans un réseau cellulaire, l'objet et ledit dispositif (UE) étant synchronisés et connectés auprès de ladite station de base (gNB), la station de base comportant :
- un module (MF10) de réception, en provenance d'au moins un dispositif (UE1, UE2) d'une requête émise par ce dispositif, sur un canal à accès aléatoire (PRACH), pour demander des ressources dudit réseau pour relayer lesdites données, ladite requête comportant un identifiant (ID_MTD) dudit objet ;
- un module (MF20) de sélection d'un unique dispositif (UE1) parmi lesdits dispositifs candidats ;
- un module (MF30) d'allocation desdites ressources dans ledit réseau et d'envoi d'une réponse positive audit dispositif sélectionné ; et
- un module (MF40) d'envoi d'une réponse négative auxdits dispositifs candidats non sélectionnés.
11. Programme d'ordinateur (ProgUE) comportant des instructions pour l'exécution d'un procédé de candidature selon l'une des revendications 1 à 5 lorsque ledit programme est exécuté par un ordinateur (UE).
12. Programme d'ordinateur (ProggNB) comportant des instructions pour l'exécution d'un procédé de sélection selon l'une des revendications 6 à 8 lorsque ledit programme est exécuté par un ordinateur (gNB).
PCT/FR2020/052275 2019-12-12 2020-12-03 Protocole de relayage dans un réseau de télécommunications cellulaire WO2021116571A1 (fr)

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